高校物理の電磁気の分野です ローレンツ力の公式F=qvB 電磁力の公式F=IBL それぞれの式の導出はどのようなものになるのでしょうか？ それともこの式は定義式として暗記するしかないのでしょうか？

ローレンツ力の問題についてなのですが、フレミングの左手の法則をどのように利用すれば良いのかわからないです。

基本例題 58 ローレンツカ 真空中で図の正方形 abcd の内部を磁場が紙面に対して垂直 に貫いている。いま, 質量 m[kg〕,電気量e [C] の陽子が, a から 〔m〕 離れた図の位置から ad に垂直, かつ磁場に垂直に 速さ [m/s]で入射し, aとbとの間から abに対して垂直に 磁場の外へ飛び出した。 磁場は abcdの内部のみにあり, 一様 であるとする。また,陽子は紙面内を運動するものとし,重力の影響は無視する。 (1) この磁場の向きと磁束密度の大きさを求めよ。 (2) 陽子が磁場内に入射してから磁場の外に飛び出すまでの時間を求めよ。 解答 (1) ad に垂直に入射した陽子が, ab に 垂直に磁場を抜け出たことから, 陽 子は点aを中心とする半径r[m〕 の円軌道を運動し, ローレンツ力は 軌道の中心点aを向いていたことが わかる。フレミングの左手の法則よ り 磁場の向きは紙面の表から裏の 向きである。 磁束密度をB[T〕 とす ると,等速円運動の運動方程式より POINT 指針磁場に垂直に入射した荷電粒子は、磁場から運動方向に垂直なローレンツ力fを受け,こ の力を向心力として等速円運動をする。磁場の向きは,正電荷の運動の向きを電流の向き として, フレミングの左手の法則で考える。 2² m = evB r mo よって B= (T) er (2) 磁場内の円弧は円の4 180 向心力=ローレンツカ V 2πr 4 磁場内における荷電粒子の運動 a m- n² =qvB d 分の1だから, 飛び出 すまでの時間を t〔s] とすると vt== a Tr よってt=- [s] 2v b

電流と磁場のもんだいなのですが、（7）フレミングの左手の法則をどう利用したら良いのかわからないです。

とする。 7. 荷電粒子 (電気量の大きさg) が磁束密度Bの磁場 (紙面の裏から表 向き)内で、速さv等速円運動している(右図)。 粒子が磁場から 受けている力の大きさを求めよ。 また, この粒子の電荷は,正か 負か｡ 基礎 CHECK の解答 1. 直線電流がつくる磁場の式 「H=- より 2.0 2×3.14×0.10 H= ≒ 3.2A/m. 2. 円形電流がつくる磁場の式 ｢H=- 0.80 2×0.20 H=- =2.0A/m 3.1m当たりの巻数 n= I 2πr 200 0.10 I 12/17」より 2r =2.0×10°/m ソレノイドを流れる電流がつくる磁場の 式 「H=nI」 より V 4. フレミングの左手の法則を適用する。 導 線が受ける力の向きは右向き。 5. 電流が磁場から受ける力の式「F=IBU」よ り F=2.0×(5.0×10-)×0.10 =1.0×10-3N 6. 平行電流が及ぼしあう力の式 「F=WIL」より 2πr F=(4m×10-7)×2×4 -x1 2×0.2 =8x10 N 7. ローレンツ力の式より f=qvB フレミングの左手の法則より, 粒子は正電 荷であることがわかる。

写真は誘導起電力がvblと表されることについての説明なのですが、赤線部に「電子の移動は止む」と書かれていますが、電子の移動が止むということは電流が流れていないことと同じだと思うのですが、 なぜ電子(流)の流れが止むのに、誘導起電力は生じるのですか？電圧がかかっていることと電... 続きを読む

V=vBlのルーツをさぐってみよう。導体棒をvで動かすと,中の自由電 子は P→Qの向きのローレンツ力 evB を受けて移動し(図a), Q端に集ま る。 一方, P端では電子がいなくなって + が顔を出す。 この +, - が P→Qの向きに電場Eをつくり、残りの 自由電子は evBとは逆向きの静電気力 FeEを受ける。電子の移動とともにEが 増し、やがてeE = evBとなって力がつ り合うと,電子の移動は止む(とは言え, アッという間のできごと)。E=vBが電 場の最終値だ。 PQ間の電位差はV=El=vBl で P が高電位側なので図cのような電池に なっている。 図 a 図b 図 C ローレンツ力と要場の2つの力を 受ける P P 高電位 BA eE V evB evB Q 低電位 電流が流れる 電磁力 F=IBU 磁場中で 荷電粒子が動くローレンツカ f=qvB 誘導起電力 V=vBl (いずれも垂直成分が命) 金属棒が動く ちょっと一言 ローレンツ力が電磁力と誘導起電力の原因になっているという認 識も大切。 磁気ではいろいろな量の向きの決め方が登場したが,電流がつくる 磁場は右ねじで,電磁力, ローレンツ力は1つの方法 (たとえば左手) すいしょう で扱える。 誘導起電力は右ねじが推奨法。

(2) 普通に垂直抗力の大きさを考える問題ですが、 ローレンツ力のvbl/rを考えないのは、Nsin θと釣り合っているからで Vbl/r=N sin θからも求まりますか？

導体 導体棒 537. 磁場中の導体■ 図のように、十分に長い2 本の導体レールIとⅡを間隔で平行に固定し, 水平面とのなす角が0となるように真空中に置く。 レール上端には,起電力Vの直流電源,抵抗値尺 の抵抗器, スイッチ S,, S2 で構成される回路をつ なぐ。 レールの間には, 鉛直上向きの一様な磁場 (磁束密度B) がかかっている。 質量mの導体棒 を2本のレールに対して直角にのせる。 導体棒 水平面 は,レールと直角を保ちながらなめらかに動く。 抵抗器以外の抵抗や,回路を流れる電 流がつくる磁場は無視し,重力加速度の大きさをgとする。 (1) スイッチ S2 を開き, S を閉じた状態では,導体棒は静止した。起電力Vを求めよ。 (2)導体棒が2本のレールから受ける垂直抗力の大きさを求めよ。 BA _S2 II 次に, スイッチ S を開いた直後に S2 を閉じると, 導体棒はレールに沿って下降し、 やがて一定の速さ”となった。 (3) 誘導起電力によって回路に流れる電流の大きさを, vを含んだ形で求めよ。 (4) 導体棒の速さを求めよ。 (5) 抵抗で単位時間に生じるジュール熱を, vを含まない形で求めよ。 (17. 慶應義塾大 改) 例題45

この問題で使われている考え方、導体棒をコイルの一部と考えた時に、そのコイルを貫く磁束が増えることから起電力が発生していると思うのですが 問題の方は、コイルではなくただの棒な上、その棒を貫く時速も増えていないと思うのです、棒が回転してるだけで どうしてこの考え方が応用でき... 続きを読む

268 VI章 磁気 基本例題74 磁場中を回転する導体棒 図のように,鉛直下向きに磁束密度B[T]の一様な磁場 中で,長さ α[m]の導体棒OP を, Oを中心として水平面 内で回転させる。棒 OPの角速度は [rad/s]である。 (1) 点OとPのどちらの電位が高いか。 (2) OP間の誘導起電力の大きさはいくらか。 指針 ローレンツ力を受けて移動する電子 の向きから、電位の高低を考える。また, 微小時 間4tの間に,棒OP が描く面積を ⊿S とすると, 磁束の変化は, ⊿Φ=B×⊿S と表される。 解説 (1) 棒 OP中の電子が受けるロー レンツ力は, フレミングの左手の法則から, 0 →Pの向きである。電子はP側に集まるので, Pが低電位,0が高電位となる。 (2) 図のような回路 OPQO を考えると, 微小時 4S = na² x B [T] = wat 2π a²w4t 2 回転軸 間 ⊿t の間の、棒 OPの回転角は w⊿t なので、 面積の増加 ⊿Sは, 基本問題 528 0a〔m〕 4t P @4t [m²] 誘導起電力の大きさを Vとすると, v=|-2|=|Bas V BAS Ba'w 2 w [rad/s] 4S P' a -[V] P Q

なぜ、速度と垂直な向きに力が加わるとその物体は円軌道を描くのですか？

B 磁界中の荷電粒子の運動 磁界中の荷電粒子は, ローレンツ力を受けてどのように運動をするのか (exs- を考えてみよう。 磁束密度B [T] の一様な磁界中に, 電気量 g 〔C〕 (g>0)の荷電粒子が, 磁界の向きと垂直に速さ [m/s]で入射したとする。 このとき, 荷電粒子 は運動方向に垂直な向きに大きさ quB〔N〕のローレンツ力を受ける。その ため、荷電粒子の速度は、図16のよう に向きが変化する。 また, ローレンツ力 は常に速度の向きに垂直にはたらくので, 荷電粒子に仕事をしない。 よって, 荷電 粒子の速さは変わらず, 速度の向きだけ が変化する。 すなわち, 常に速度の向き と垂直に一定の大きさの力がはたらくの で、荷電粒子の運動は,ローレンツ力が 向心力となり, 等速円運動をする。 V g+ qvB 190B BO ①図 16 磁界中の荷電粒子の運動 (g>() の場合) 5

電流の向きがわかりません。何回しても(a)の答えがy軸の正の向きになります

2 荷電粒子の運動 磁束密度B[T]の一様な [B 磁場中に,質量m[kg] の荷電粒子を入射する。 円周率をとし Xは紙面表から裏の向きを示す。 は紙面裏から表の向き, [A] 次の条件で,磁場と垂直に荷電粒子を入射す るとき (a), (b)について答えよ。 (a) 荷電粒子が受けるローレンツ力の向き (b) 荷電粒子がする等速円運動の半径と周期 ⑧ B[T] (1) 図の向きの磁場中に電 気量 q[C] の正電荷を速 さv[m/s]で入射した場 合 m.V内の上向きの XV y

3と4番がわかりません 使う公式や考え方を教えてほしいです

8. 自由電子が移動することによって導体には 電流が流れる。 導体中の自由電子の数密度 (単位体積当たりの個数) nは,その導体を特 徴づける基本的な量の一つである。 n を求め る実験を考えよう。 図のように, 幅がw, 高さがd の長方形の 断面をもつまっすぐな導体中を大きさの電 流がy軸の正の向きに流れている。 導体の幅 と高さの方向にそれぞれx軸と軸をとる。 また、導体の両方の側面 KLMN と PQRS の間の電位差を測定できるように電圧計が接 続されている。 電子の電荷をe (e>0) とし 次の問いに答えよ。 K 電圧計 (V L I W N B P 2 S /R (1) この導体に軸正の向きに磁束密度Bの一様な磁場をかけた。このとき,自由電子 の速さをvとすると、 自由電子1個が受けるローレンツ力の大きさはいくらか。 0, B, e を用いて答えよ。 (2) 自由電子はローレンツ力により, 導体側面の一方へ集まり、 他方は少なくなる。 この結果, 両方の側面には互いに反対符号で等しい量の電荷があらわれ, 導体内部 にはx軸方向に電場が発生する。 最終的には, この電場から受ける力と磁場による ローレンツ力がつりあって自由電子は (1) と同じようにy軸に平行に運動する。この ときの電場の強さEをぃと B を用いて表せ。 (3) (2) 自由電子がy軸に平行に運動するようになったとき導体の両方の側面の間の電 位差V を測定した。 自由電子の数密度を、このV と, I, B, de を用いて求めよ。 (4) 側面 KLMN と PQRS ではどちらの電位が高いか。

ローレンツ力って、電流が受ける力の向きと、荷電粒子が受ける力の向きがありますが、それぞれって同じフレミングの左手で求めて大丈夫なんですか？ って言うのも、写真の問題について、ローレンツ力は、正の荷電粒子が受ける力の向きという考えを念頭において考えると、電流は左向き、磁束は奥... 続きを読む

l C B 1 1 I I 1 OK 1 ひ →P 0→ 4 4 If Q 電子が右に動いた 左向きに電流が流れた a フレミング左手の法則より ローレンツカfは上向き。 (Ⅰの向きに注意!) 電流の向きと 電子の動く向きは逆!